يعمل باحثون من التخنيون على تطوير حل غير عادي لمشكلة عدم اختيار الأيدي في الزراعة: الروبوتات التي تستخدم طائرات صغيرة بدون طيار، والتي تخلق صورة محوسبة للأشجار، لتنفيذ العمليات الزراعية في بساتين الفاكهة
كانت هذه الفترة من أوائل الصيف دائمًا وقت الحصاد. إذا كان من الضروري في العصور القديمة تعبئة المجتمع بأكمله من أجل النجاح في حصاد الحبوب بالكامل في الوقت المناسب، ففي عام 2022 هناك حصادات متطورة تنتقل في الحقول وتجعل من الممكن معالجة العديد من الأفدنة في مهام متنوعة في جميع أنحاء العام، بسرعة وكفاءة ومع الحاجة لعدد قليل فقط من المشغلين البشريين.
ومع ذلك، حتى في الوقت الحاضر، لا تزال هناك حاجة إلى عدد لا بأس به من الأيدي والعيون البشرية أثناء قطف العديد من الفواكه، والتي لا يعرف النفط الخام المُجمع، المصمم للتعامل مع المحاصيل الحقلية، كيفية القيام بذلك. يتم الإبلاغ عن النقص في عمال القطيف في كل مكان تقريبًا - في الولايات المتحدة الأمريكية، באוסטרליה, في بريطانيا العظمى وفيتنام والبرازيل. فعندما يبقى المنتج على الأشجار بدلاً من قطفه، يؤدي ذلك إلى فقدان الغذاء عالي الجودة ويتسبب في خسائر اقتصادية هائلة - وهي حقيقة ستزداد إشكالية مع الزيادة المستمرة في عدد سكان العالم.
في سلسلة من الدراسات الجديدة التي عرضت مؤخرا في مؤتمر "هندسة المياه والبيئة في مواجهة تغير المناخ" لوحدة الهندسة البيئية والمياه والزراعة في كلية الهندسة المدنية والبيئية في التخنيون، يجري تطوير روبوت أرضي متنقل يمكن أن ينقل أعمال الحصاد وزراعة الفاكهة إلى القرن الحادي والعشرين. الروبوت، الذي أشرف على تطويره البروفيسور المشارك أمير دغاني من وحدة الهندسة البيئية والمائية والزراعية في كلية الهندسة المدنية والبيئية في التخنيون، سيعرف كيفية استخدام طائرة بدون طيار أو عدة طائرات صغيرة بدون طيار للقيام بجميع العمليات المطلوبة في المزارع - بدقة واقتصاد أكبر بكثير مما هو ممكن للمزارعين اليوم.
التطورات الحالية ليست مناسبة لقطف الفاكهة
ومن المتوقع أن تصبح الفجوة بين عدد عمال الحصاد ونطاق العمل أكثر أهمية مع استمرار نمو سكان العالم. بحلول عام 2050، من المتوقع أن يزيد عدد سكان العالم عن 9 مليارات نسمة، وسيكون من الضروري إطعامهم جميعاً - زيادة نطاق إنتاج الغذاء بنسبة 60-35 بالمائة (ما لم يتحول العالم كله إلى نظام غذائي نباتي). ربما يتوقع المرء أنه في مثل هذا العالم المكتظ بالسكان لن يكون هناك نقص في الأيدي العاملة، ولكن هذا ليس هو الحال. يوضح داغاني: "على مدى عقود، كان الناس ينتقلون من القرية إلى المدينة - وأقل رغبة في العمل اليدوي". "إنك تراه في البناء والزراعة، ويحدث في كل مكان - بما في ذلك البلدان ذات الكثافة السكانية العالية للغاية، مثل الهند والصين. في الهند، على سبيل المثال، يعد قطف جوز الهند مهمة بالغة الأهمية - ولكن عددًا أقل من الناس يعرفون ويرغبون في العمل بها". ووفقا له، فإن المشكلة موجودة أيضا في إسرائيل. "كما هو الحال في العديد من الدول الغربية، في إسرائيل أيضًا تمر سنوات قليلة يصل فيها التفاح إلى الأرض لأنه لا يوجد من يلتقطه في الوقت المناسب".
ويعتقد دجاني أن حل هذه المشاكل يكمن في الروبوتات التي تعرف كيفية الحصاد. "مثلما حلت الأتمتة العديد من المشكلات التي تميز المحاصيل الحقلية، بمساعدة الآلات مثل الحصادات، بمجرد أن نتمكن من تكييفها مع المزارع، فسوف تكون قادرة على مساعدة المزارعين على أن يصبحوا أكثر كفاءة وتقليل عدم اليقين الذي يكمن حاليًا في الحصول على يقول: "الموظفون المهرة لفترات محددة من السنة".
ومن المهم أن نلاحظ أن أتمتة الانتقاء يجب أن تكون مختلفة عن تلك المستخدمة لمعالجة المحاصيل الحقلية - والتي تشمل الروبوتات الكبيرة جدًا والمكلفة للغاية. يقول داجاني: "في المحاصيل الحقلية، يتم إجراء عمليات قطف وحصاد واسعة النطاق في المنطقة بأكملها، عادةً دون تمييز". "يجب أن يكون قطف الفاكهة للطعام لطيفًا وانتقائيًا، ويجب قطف الثمار واحدة تلو الأخرى ووضعها بعناية."
وبحسب داجاني، فإنه حتى الأسلحة الآلية المستخدمة حاليًا في المصانع، والتي تتمتع بمدى واسع من الحركة وقدرة على الدقة لا يستطيع الإنسان إلا أن يسعى لتقليدها، ليست مناسبة لهذه المهمة. ويقول: "صحيح أن الأذرع الآلية تعرف كيفية تنفيذ إجراء مخطط له مسبقًا، لكن قدراتها على الاستشعار واتخاذ القرار محدودة، وغير مناسبة للزراعة". "الزراعة عالم أكثر صعوبة، فمن الضروري العمل في بيئة تتسم بقدر كبير من عدم اليقين وتغير الإضاءة وظروف العمل، لذلك يجب أن يتمتع الروبوت بقدرات الاستشعار واتخاذ القرارات المعقدة." ووفقا له، يضاف إلى كل هذا قيود السعر - فمن الضروري ألا يكون الروبوت باهظ الثمن، حتى يتمكن المزارعون من شرائه.
روبوت بمساعدة الهواء
ولم تردع الصعوبات دجاني وفريقه الذين توجهوا إلى العمل. كان التحدي الأول الذي واجهوه هو الحاجة إلى أن يجد الروبوت طريقه حول المزرعة - وهي مهمة أكثر تعقيدًا مما تبدو. يوضح داجاني: "لكي يقوم الروبوت بدوريات ويمر عبر جميع الأشجار - على سبيل المثال، من أجل تحديد الشجرة وأين يكتشف الآفات أو التفاح الناضج في الشجرة - من المهم أن يعرف مكانها بالضبط". . تعتبر بيئة المزرعة متجانسة نسبيًا من وجهة نظر الأرض، حيث تبدو معظم الأشجار متشابهة تقريبًا، ويكون سطح الأرض مضطربًا نسبيًا ولا يمكن الاعتماد على استقبال نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) بشكل خاص.
وأدت هذه الصعوبة إلى ظهور فكرة التعاون بين الروبوت الأرضي والطائرة بدون طيار. ووجد الباحثون أنه عند استخدام وجهة نظر طائرة بدون طيار تحلق على ارتفاع منخفض، كان من الممكن استخدام الاختلاف في تكوين مظلات الأشجار (قمم الأشجار التي تشكل مظلة تشبه المظلة) بجوار الروبوت لتحديد موقعه. الدراسة الأولى حول هذا الموضوع نشرت في مجلة IEEEالذي يتعامل مع الروبوتات والأتمتة.
واليوم، يعمل الباحثون على طرق إضافية يمكن من خلالها للمزارع الآلي استخدام طائرات صغيرة بدون طيار لإجراء العمليات المطلوبة في المزرعة. أولاً، أثبتوا أن الطائرة بدون طيار يمكنها الطيران حول شجرة وإنشاء صورة مفصلة ثلاثية الأبعاد لكل شجرة في المنطقة. هذه مطلوبة من أجل تحسين العمل الزراعي والانتقال إلى نموذج حديث من "الزراعة الدقيقة": "القصد هو أنه بدلاً من اتخاذ قرارات بشأن قضايا مثل التسميد أو الري أو التخفيف أو مكافحة الآفات أو الحصاد على مستوى الحقل بأكمله، سننظر إلى قطعة الأرض الزراعية بدقة أعلى ونتخذ مثل هذه القرارات حتى مستوى الشجرة المنفردة"، يوضح داجاني. وهذا من شأنه أن يجعل من الممكن زيادة كمية الإنتاج، من خلال توفير أفضل الظروف لكل شجرة على حدة - وبعد ذلك، توفير استخدام الموارد مثل المياه والأسمدة، والمبيدات الحشرية التي قد تكون خطرة.
يوضح ديجاني: "الحل الذي أؤمن به هو وجود روبوت متنقل على الأرض ويعرف كيف يشعر بالشجرة - وفي مرحلة ما يقوم بالفعل بتنفيذ العمليات الميكانيكية المطلوبة". ووفقا للنموذج الذي تم الترويج له في بحثه، فإن الطائرات الصغيرة والرخيصة التي سيتحكم فيها الروبوت الأرضي ستكون قادرة على مساعدتها في عمليات مثل الملاحة أو الاستشعار أو الاتصال الفعلي بالشجرة - مثل تلقيح الزهور، وهو مشروع آخر. حاليا في عملية التطوير في المختبر.
التفاح للأغنياء فقط؟
اليوم، بحث ديجاني هو في مرحلة النموذج الأولي، مما يدل على إمكانيات التطوير في المستقبل. مهما كان الأمر، هناك بالفعل العديد من محاولات الأتمتة في صناعة الفاكهة - مثل تطوير FFRobotics الإسرائيلي، وهو روبوت متنقل مزود بأذرع تؤدي عمل المخمل، أو روبوت شركة Tevel-Tech، والذي يستخدم طائرات بدون طيار الحصاد وينبغي أن يدخل مرحلة تجريبية في العام المقبل.
علاوة على ذلك، اتضح أنه ليس من المتوقع أن تتغير هوية جامعي الثمار في المستقبل فحسب، من إنسان إلى إنسان آلي، بل أيضًا هيكل المزرعة نفسها. يوضح ديجاني: "ستتغير الطريقة التي نهندسة بها الأشجار ونزرعها، وسيتم تصميمها بطريقة مناسبة للقطف الآلي". "يمكنك اليوم بالفعل رؤية بساتين التفاح في العالم التي تبدو تقريبًا مثل جدار ثنائي الأبعاد تنمو عليه الفاكهة. هذه ليست هندسة وراثية ولكنها عمليات هندسة ميكانيكية مصممة لجعل المزرعة فعالة قدر الإمكان." يسمح هيكل البستان الجديد بزراعة أكثر كثافة مع محصول أكبر، وهو مصمم لتسهيل عملية الانتقاء للأشخاص والروبوتات. جارية حاليًا بحث والتي تهدف إلى تحديد التكوين الأكثر كفاءة، استعدادًا للعصر الذي ستدخل فيه الروبوتات الحقول.
في النهاية، بحسب دجاني، كل شيء موجه نحو الكفاءة - ببساطة لأنه ليس لدينا خيار آخر. ويقول: "حتى في الزراعة الحديثة، سيكون للمزارع أهمية كبيرة، لكنه سيحتاج إلى أيدي عاملة أقل بكثير". "مثل العديد من الأشياء، ستكون البيانات في المركز لمساعدته على اتخاذ قرارات مستنيرة - وستقوم الروبوتات بأداء المهام في الميدان. وهذا ما سيضبط الكفاءة، حتى نتمكن من الوصول إلى هدف الحصاد الكافي، الذي سيجعل من الممكن إطعام جميع الناس الذين يتزايد عددهم".
ويخلص داغاني إلى أنه "مع مرور الوقت، تقل الأراضي والموارد والقوى العاملة، لذا هناك ضرورة لإيجاد حل - وإلا فإن الفاكهة مثل التفاح لن تكون في متناول الأغنياء إلا الأغنياء".
